De toekomst vanElectro optische modulatoren
Electro -optische modulatoren spelen een centrale rol in moderne opto -elektronische systemen en spelen een belangrijke rol op veel gebieden van communicatie tot kwantum computing door de eigenschappen van licht te reguleren. Dit artikel bespreekt de huidige status, de nieuwste doorbraak en toekomstige ontwikkeling van elektic -modulator -technologie
Figuur 1: Prestatievergelijking van verschillendeoptische modulatorTechnologieën, waaronder dunne filmlithium niobaat (TFLN), III-V elektrische absorptiemodulatoren (EAM), op siliconen gebaseerde en polymeermodulatoren in termen van invoegverlies, bandbreedte, stroomverbruik, grootte en productiecapaciteit.
Traditionele op silicium gebaseerde elektische modulatoren en hun beperkingen
Op siliconen gebaseerde foto-elektrische lichtmodulatoren zijn al vele jaren de basis van optische communicatiesystemen. Op basis van het plasma -dispersie -effect hebben dergelijke apparaten de afgelopen 25 jaar opmerkelijke vooruitgang geboekt, waardoor de gegevensoverdrachtssnelheden met drie omvang van grootte worden verhoogd. Moderne op silicium gebaseerde modulatoren kunnen pulsamplitudemodulatie op 4-niveau bereiken (PAM4) van maximaal 224 GB/s, en zelfs meer dan 300 GB/s met PAM8-modulatie.
Op siliconen gebaseerde modulatoren worden echter geconfronteerd met fundamentele beperkingen als gevolg van materiaaleigenschappen. Wanneer optische transceivers baudcijfers van meer dan 200+ GBAUD vereisen, is de bandbreedte van deze apparaten moeilijk om aan de vraag te voldoen. Deze beperking komt voort uit de inherente eigenschappen van silicium - het evenwicht tussen het vermijden van overmatig lichtverlies met behoud van voldoende geleidbaarheid creëert onvermijdelijke afwegingen.
Opkomende modulatortechnologie en materialen
De beperkingen van traditionele op silicium gebaseerde modulatoren hebben onderzoek naar alternatieve materialen en integratietechnologieën gedreven. Dunne film lithium niobate is een van de meest veelbelovende platforms geworden voor een nieuwe generatie modulatoren.Dunne film lithium niobaat elektro-optische modulatorenErven de uitstekende kenmerken van bulk lithium niobaat, waaronder: breed transparant venster, grote elektro-optische coëfficiënt (R33 = 31 pm/v) lineaire celkerrs-effect kan werken in meerdere golflengteketens
Recente ontwikkelingen in dunne filmlithium niobaattechnologie hebben opmerkelijke resultaten opgeleverd, waaronder een modulator die werkt op 260 GBAUD met gegevenssnelheden van 1,96 tb/s per kanaal. Het platform heeft unieke voordelen zoals CMOS-compatibele aandrijfspanning en 3-DB bandbreedte van 100 GHz.
Opkomende technologieapplicatie
De ontwikkeling van electro -optische modulatoren is nauw verwant aan opkomende toepassingen op veel gebieden. Op het gebied van kunstmatige intelligentie en datacenters,hogesnelheidsmodulatorenzijn belangrijk voor de volgende generatie onderlinge verbindingen en AI -computertoepassingen stimuleren de vraag naar 800 g en 1.6T pluggable transceivers. Modulator -technologie wordt ook toegepast op: kwantuminformatieverwerking neuromorfe computerfrequentie gemoduleerd continue golf (FMCW) lidar microgolf fotontechnologie
In het bijzonder vertonen dunne filmlithium niobaatelektro-optische modulatoren sterkte in optische computationele verwerkingsmotoren, waardoor snelle modulatie met een lage kracht biedt die machine learning en kunstmatige intelligentietoepassingen versnelt. Dergelijke modulatoren kunnen ook werken bij lage temperaturen en zijn geschikt voor kwantumklassieke interfaces in supergeleidende lijnen.
De ontwikkeling van de volgende generatie electro-optische modulatoren staat voor verschillende grote uitdagingen: productiekosten en schaal: dunne-film lithium niobaatmodulatoren zijn momenteel beperkt tot 150 mm waferproductie, wat resulteert in hogere kosten. De industrie moet de wafersomvang uitbreiden met behoud van de uniformiteit en kwaliteit van films. Integratie en co-ontwerpen: de succesvolle ontwikkeling vankrachtige modulatorenVereist uitgebreide co-designmogelijkheden, waarbij de samenwerking van opto-elektronica en elektronische chipontwerpers, EDA-leveranciers, founts en verpakkingsdexperts betrokken is. Productiecomplexiteit: terwijl op siliconen gebaseerde opto-elektronica-processen minder complex zijn dan geavanceerde CMOS-elektronica, vereist het bereiken van stabiele prestaties en opbrengst aanzienlijke expertise en optimalisatie van productieproces.
Gedreven door de AI -boom en geopolitieke factoren, ontvangt het veld een verhoogde investeringen van overheden, industrie en de particuliere sector over de hele wereld, waardoor nieuwe mogelijkheden voor samenwerking tussen de academische wereld en de industrie worden gecreëerd en beloven innovatie te versnellen.
Posttijd: december 30-2024